DE19836451C2 - Hochgefülltes Kunststoffteil - Google Patents
Hochgefülltes KunststoffteilInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein hochgefülltes Kunststoffteil, z. B.
einen Dauermagneten, das an einem Grundkörper befestigt ist,
wobei der Grundkörper zur Befestigung des Kunststoffteils
mindestens ein laschenförmiges Teil aufweist.
Bei hochgefüllten Kunststoffteilen handelt es sich um Teile,
bei denen ein Material in einer Kunststoffmatrix eingebettet
ist. Als Einbettungsmaterial kommen zum Beispiel dauermagneti
sche Partikel zur Herstellung eines kunststoffgebundenen Dau
ermagneten, weich magnetische Partikel, deren magnetische
Eigenschaften sich durch die umgebenden elektromagnetischen
Felder bestimmen, keramische Pulver, z. B. zur Herstellung von
Dichtscheiben, sowie andere pulver- oder partikelförmige
Materialien in Betracht. Derartige hochgefüllte Kunststoff
teile werden meist durch Spritzgießverfahren hergestellt.
Dabei kann das Kunststoffteil an den Grundkörper angespritzt
oder nach seiner Herstellung kraftschlüssig oder durch eine
Klebeverbindung am Grundkörper befestigt werden. In vielen
Fällen sind an die Befestigung besondere Sicherheitsanfor
derungen zu stellen, denen rein kraftschlüssige Verbindungen
oder Klebeverbindungen nicht genügen.
Bei formschlüssigen Verbindungen, insbesondere beim Anspritzen
des Kunststoffteils an den Grundkörper treten nach dem Erkal
ten des hochgefüllten Kunststoffs Schrumpfspannungen auf, die
im Verbindungsbereich zum Abreißen des Kunststoffteils vom
Grundkörper führen können.
Dieses Problem tritt zum Beispiel bei kunststoffgebundenen
Dauermagneten auf, die als Motor- oder Sensormagnete auf einer
Welle zu befestigen sind. Hierzu wird der Grundkörper, auf den
der kunststoffgebundene Dauermagnet befestigt ist, mit Preß
sitz auf der betreffenden Welle angeordnet. Die als Motor-
oder Sensormagnete eingesetzten Dauermagnete sind meist als
Ring- oder Scheibenmagnete ausgebildet, die auf einem eben
falls ring- oder buchsenförmigen Grundkörper befestigt sind.
Derartige kunststoffgebunde Dauermagnete werden in vielen
Gebieten der Technik zunehmend eingesetzt. So geht man zum
Beispiel in der Automobiltechnik dazu über, hydraulische Un
terstützungsfunktionen, wie zum Beispiel bei der Servolenkung,
aus Energiespargründen durch elektromotorische zu ersetzen. An
die Befestigung des Sensormagneten an der betreffenden Welle,
zum Beispiel der Lenkradsäule, werden besondere Sicherheits
anforderungen gestellt. So verlangen die technischen Über
wachungsvereine eine kraft- oder formschlüssige Verbindung, da
Klebeverbindungen keine dauerhaft sichere Befestigung gewähr
leisten.
Aus der DE-PS 704 000 ist ein Dauermagnet bekannt, der an
einem Grundkörper mittels umgebogener Laschen befestigt ist,
wobei evtl. Toleranzen in den Abmessungen des Dauermagneten
gegenüber dem Grundkörper kompensiert werden.
Ist ein solcher Dauermagnet als hochgefülltes Kunststoffteil
ausgebildet, so treten die vorstehend beschriebenen Probleme
auf. So kommt es beim Erkalten eines thermoplastisch gebunde
nen Magnetmaterials zu einer Schrumpfung, die z. B. 0,5% des
Volumens betragen kann. Aufgrund dabei auftretender Schrumpf
spannungen kann der Magnet vom Grundkörper abreißen.
Die US 5 530 344 offenbart eine Codiereinrichtung für ein
Kugellager, die mit einem Sensor zur Ermittlung der Rotations
geschwindigkeit des Lagers zusammenwirkt. Dazu dient ein axial
magnetisierter dipolarer Ring, der mit gleichmäßig über seinen
Umfang verteilten, radial verlaufenden Vorsprüngen versehen
ist. Der Dauermagnet wird von einem ringscheibenförmigen
Grundkörper mit fensterartigen Ausnehmungen gehalten, die die
Vorsprünge aufnehmen. Durch eine Dichtungsvorrichtung wird der
Dauermagnet zusätzlich am Grundkörper befestigt.
Aus der DE-PS 966 719 ist ein Dauermagnet, insbesondere für
Fahrradlichtmaschinen bekannt, der in einem gesonderten Ar
beitsgang mit einer Welle verbunden wird. Dazu wird ein zwi
schen dem Dauermagneten und der Welle bestehender Zwischenraum
mit Metall ausgegossen. Die zentrale Bohrung des Dauermagneten
weist an einem oder an beiden Enden Vertiefungen auf, die
durch beim Ausgießen mit Metall sich bildenden Endflanschen
ausgefüllt werden und eine Verschiebesicherung in Längsrich
tung der Welle bilden.
In der DE-AS 10 43 540 wird ein Dauermagnet beschrieben, der
aus porösem Werkstoff besteht und in seiner Bohrung eine mit
tels Kunstharzkittes befestigte Buchse aus nichtgesintertem
keramischen Werkstoff aufweist. Die Buchse ist auf einer Welle
mit Äthoxylinharzkitt befestigt. Auch hier werden Dauerma
gnet, Buchse und Welle in gesonderten Arbeitsgängen mitein
ander verbunden.
Aus der DE-OS 16 14 183 geht ein kunststoffgebundener hohl
zylinderförmiger Dauermagnet hervor, der zur federnden Be
festigung aus bzw. in einem hohlzylinderförmigen Grundkörper
einen Längsschlitz aufweist. Auch hier erfolgt die Verbindung
von Dauermagnet und Grundkörper in einem gesonderten Arbeits
gang. Der Dauermagnet ist auf dem Grundkörper nicht fixiert,
so daß er sich vom Grundkörper lösen kann.
Die DE 92 16 750 U1 offenbart einen Rotormagneten aus kunst
stoffgebundenem Magnetmaterial mit einem eingespritzten, buch
senförmigen Grundkörper. Um beim Aufpressen des Rotormagneten
auf eine Welle Spannungen im Magneten zu reduzieren, weist der
Grundkörper im mittleren Bereich seines Außenumfangs eine
Einschnürung auf.
Bei den vorstehend beschriebenen Konstruktionen kommt es bei
Dauermagneten mit kunststoffgebundenem Magnetmaterial aufgrund
der beim Erkalten auftretenden Schrumpfspannungen zum Problem
des Abreißens vom Grundkörper.
Wie vorstehend erwähnt, betrifft dieses Problem allgemein die
formschlüssige Verbindung zwischen einem hochgefüllten Kunst
stoffteil und einem Grundkörper.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine abreißsi
chere formschlüssige Verbindung zwischen dem Dauermagneten und
dem Grundkörper zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das la
schenförmige Teil mit dem hochgefüllten Kunststoff bei Her
stellung des Kunststoffteils umgeben und im hochgefüllten
Kunststoff so angeordnet ist, daß es Schrumpfspannungen des
hochgefüllten Kunststoffs nach Herstellung des Kunststoffteils
durch Verbiegen zumindest teilweise aufnimmt.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahme werden Schrumpfspan
nungen im hochgefüllten Kunststoff um die laschenförmigen
Teile herum bei Erkalten des Kunststoffs vollständig oder
zumindest so weitgehend vermieden, daß ein Abreißen des Kunst
stoffteils vom Grundkörper vermieden wird.
Insbesondere dann, wenn es sich bei dem hochgefüllten Kunst
stoffteil um einen Motormagneten oder Sensormagneten handelt.
Das Kunststoffteil ist vorzugsweise als Ring- oder Scheiben
magnet ausgebildet, wobei der Grundkörper ein buchsenförmiges
Teil zur Befestigung an einer Welle und ein sich nach außen
erstreckendes Flanschteil aufweist. An dem Flanschteil sind
das oder die laschenförmigen Teile so angeordnet, daß sie zur
Längsrichtung des Grundkörpers hin geneigt sind. Aufgrund
dieser Anordnung des oder der laschenförmigen Teile werden
Schrumpfspannungen des kunststoffgebundenen Magnetmaterials
durch Verbiegung dieser Teile aufgenommen.
Zweckmäßigerweise sind mehrere bevorzugt gleichmäßig über den
Umfang des Flanschteils verteilte laschenförmige Teile vor
gesehen.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht das
Flanschteil aus einem sich an das buchsenförmige Teil an
schließenden in etwa radial verlaufenden ringförmigen Bereich,
der über den Umfang verteilte Durchbrüche aufweist, an deren
radial innen- oder außenliegenden Rändern die laschenförmigen
Teile angeordnet sind. Die Durchbrüche sind zweckmäßigerweise
durch den hochgefüllten Kunststoff ausgefüllt, was die form
schlüssige Anbindung des Kunststoffteils an den Grundkörper
verbessert. Im Bereich der Durchbrüche treten Schrumpfspannun
gen gegenüber dem außerhalb liegenden Volumen des hochgefüll
ten Kunststoffs bei dessen Erkalten auf, die jedoch durch die
biegsamen Laschen aufgenommen werden und sich dadurch kompen
sieren.
In einer anderen Ausführung weist das Flanschteil einen sich
an das buchsenförmige Teil anschließenden im wesentlichen
radial verlaufenden ringförmigen Bereich auf, an dem die la
schenförmigen Teile über den Umfang verteilt angeordnet sind.
Die laschenförmigen Teile erstrecken sich ausgehend vom ring
förmigen Bereich in Längsrichtung des Grundkörpers geneigt
strahlenförmig mit dazwischenliegenden Ausnehmungen.
Die Durchbrüche bzw. Ausnehmungen gewährleisten die Verdrehsi
cherheit des Kunststoffteils auf dem Grundkörper. Die vom
ringförmigen Bereich umgebenen Durchbrüche sichern die Be
festigung des Kunststoffteils darüber hinaus besser gegen
radiale Kräfte. Die axiale Befestigungssicherheit ist durch
den radial verlaufenden ringförmigen Bereich und die daran
anschließenden sich in einer Komponente ebenfalls radial er
streckenden laschenförmigen Teile gewährleistet.
Die laschenförmigen Teile können sich bei der vorstehend ge
nannten Ausführung auch direkt an das buchsenförmige Teil des
Grundkörpers, d. h. ohne Zwischenanordnung des ringförmigen
Teils, anschließen.
Bei einem buchsenförmigen Grundkörper mit ringförmigem Bereich
des Flanschteils ist der Dauermagnet vorzugsweise an der
Stirnseite des ringförmigen Bereichs angeordnet, an dem die
laschenförmigen Teile zur Längsrichtung des Grundkörpers hin
geneigt vorstehen.
Obwohl die Erfindung insbesondere zur Befestigung von ring-
oder scheibenförmigen Kunststoffteilen, wie z. B. kunststoff
gebundenen Dauermagneten, an einem entsprechend buchsenförmig
ausgebildeten Grundkörper geeignet ist, kann sie jedoch für
beliebige hochgefüllte Kunststoffteile der eingangs genannten
Art, die an einem Grundkörper befestigt sind, eingesetzt wer
den.
Bei kunststoffgebundene Dauermagneten kann es sich dabei um
isotrope oder anisotrope Magnete handeln. Diese können als
Binder für die eingebetteten DauermagnetPartikel thermoplasti
sche oder auch duroplastische Kunststoffe aufweisen.
Der Grundkörper kann einstückig ausgebildet sein. Er besteht
vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff, wobei die Material
zusammensetzung und Materialstärke zumindest im Bereich der
laschenförmigen Teile die Aufnahme der beim Erkalten des Ma
gnetmaterials entstehenden Schrumpfspannungen durch Verbiegen
erlaubt.
Der Grundkörper kann als Stanz-Biegeteil, Drehteil oder in
Fügetechnik hergestellt werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im fol
genden anhand der Zeichnung näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt jeweils in der oberen und unteren
Hälfte eines Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 eine stirnseitige Ansicht der in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiele in Richtung des Pfeils II,
Fig. 3 einen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbei
spiel, bei dem nur die obere Symmetriehälfte gezeigt
ist, und
Fig. 4 eine stirnseitige Ansicht des in Fig. 3 dargestellten
Ausführungsbeispiels in Richtung des Pfeils IV.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist ein kunststoffgebundener
Dauermagnet 1, 2 bzw. 3 mit einem Grundkörper 4, 5 bzw. 6
verbunden, mit dem der Dauermagnet an einem (in der Zeichnung
nicht dargestellten) beweglichen Basisteil befestigbar ist.
Der Grundkörper 4, 5 bzw. 6 weist mehrere laschenförmige Teile
7, 8 bzw. 9 auf, die mit dem kunststoffgebundenen Magnetmate
rial umspritzt sind und den Dauermagneten bei der Bewegung des
Basisteils sicher halten.
Wie im folgenden anhand der Ausführungsbeispiele noch näher
erläutert wird, sind die laschenförmigen Teile 7, 8 bzw. 9 des
Grundkörpers 4, 5 bzw. 6 im kunststoffgebundenen Magnetmateri
al so angeordnet, daß sie die Schrumpfspannung des kunststoff
gebundenen Magnetmaterials bei dessen Erkalten nach dem
Spritzgießvorgang durch Verbiegen zumindest teilweise auf
nehmen.
Die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Dauermagnete 1, 2
bzw. 3 sind als Ringmagnete ausgebildet, wobei der Grundkörper
4, 5 bzw. 6 zur Befestigung an einer Welle ein buchsenförmiges
Teil 10 aufweist. Der Ringmagnet ist an einer Stirnseite des
buchsenförmigen Teils 10 angeordnet. Der Innendurchmesser des
buchsenförmigen Teils 10 ist kleiner als der Innendurchmesser
des Ringmagneten, so daß bei Befestigung des buchsenförmigen
Teils 10 auf einer Welle, zum Beispiel mit Preßsitz, keine
Spannungen auf den Ringmagneten übertragen werden können.
An das buchsenförmige Teil 10 des Grundkörpers 4, 5 bzw. 6
schließt sich an der dem Ringmagneten zugewandten Stirnseite
ein sich nach außen erstreckendes Flanschteil 11, 12 bzw. 13
an, das die laschenförmigen Teile 7, 8 bzw. 9 aufweist. Die
laschenförmigen Teile 7, 8 bzw. 9 sind so angeordnet, daß sie
zur Längsrichtung des Grundkörpers 4, 5 bzw. 6 hin geneigt
sich in den Ringmagneten hineinerstrecken. Aufgrund dieser
Anordnung werden beim Erkalten des kunststoffgebundenen Ma
gnetmaterials auftretende Schrumpfspannungen, die im wesentli
chen radial nach innen gerichtet sind, von den laschenförmigen
Teilen 7, 8 bzw. 9 durch Verbiegen in Richtung der Schrumpf
spannungen aufgenommen, so daß ein Abreißen des Magneten im
Bereich der laschenförmigen Teile vermieden wird.
Bei den beiden in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungs
beispielen besteht das Flanschteil 11 bzw. 12 aus einem sich
an das buchsenförmige Teil 10 anschließenden radial verlaufen
den ringförmigen Bereich 14, der gleichmäßig über den Umfang
verteilte Durchbrüche 15 aufweist. Die Durchbrüche sind durch
Ausstanzen der laschenförmigen Teile 7 bzw. 8, die jedoch an
einem Rand mit dem ringförmigen Bereich 14 verbunden sind, und
Verbiegen der laschenförmigen Teile um diesen Rand in der vom
buchsenförmigen Teil 10 wegweisenden Richtung hergestellt.
Die Durchbrüche 15 bzw. die laschenförmigen Teile 7, 8 bzw. 9
sind im wesentlichen rechteckig und in den betreffenden Win
kellagen orientiert.
Bei dem in der oberen Hälfte der Fig. 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel sind die laschenförmigen Teile 7 an den
radial innenliegenden Rändern der Durchbrüche 15 mit dem ring
förmigen Bereich 14 verbunden und an diesen Rändern umgebogen.
Die beim Erkalten des kunststoffgebundnen Magnetmaterials
auftretenden Schrumpfspannungen führen zu einem weiteren Ver
biegen der laschenförmigen Teile 7 in deren ursprünglicher
Biegerichtung.
Bei dem in der unteren Hälfte der Fig. 1 und 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel sind die laschenförmigen Teile 8 an den
radial außenliegenden Rändern der Durchbrüche 15 mit dem ring
förmigen Bereich 14 verbunden. Aufgrund der beim Erkalten des
kunststoffgebundenen Magnetmaterials auftretenden Schrumpf
spannungen werden die laschenförmigen Teile 8 entgegen der
ursprünglichen Biegerichtung bewegt.
In den beiden betrachteten Fällen können je nach Material und
Stärke des Grundkörpers 4 bzw. 5 unterschiedliche Biegewider
stände der laschenförmigen Teile 7 bzw. 8 vorliegen, die der
erforderlichen Aufnahme der Schrumpfspannungen des kunststoff
gebundenen Magnetmaterials geeignet angepaßt werden können.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind die Durchbrüche 15 vom kunst
stoffgebundenen Magnetmaterial ausgefüllt. Ohne die daran
angrenzenden in Längsrichtung des Grundkörpers 4 bzw. 5 ge
neigten laschenförmigen Teile 7 bzw. 8 könnten die beim Erkal
ten des kunststoffgebundenen Magnetmaterials auftretenden
Schrumpfspannungen zu einem Abreißen des Magnetkörpers an den
Durchbrüchen führen. Die laschenförmigen Teile 7 bzw. 8 sowie
die Durchbrüche 15 gewährleisten einen optimalen Halt gegen
axiales und radiales Verschieben sowie gegen Verdrehen des
Dauermagneten 1 bzw. 2 auf dem Grundkörper 4 bzw. 5, wobei
eine ebenfalls optimale Sicherheit gegen Abreißen des Magnet
körpers im Bereich dieser Befestigungen gegeben ist.
Bei dem in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel
weist das Flanschteil 13 einen sich an das buchsenförmige Teil
10 anschließenden radial verlaufenden ringförmigen Bereich 14
auf, an dem die laschenförmigen Teile 9 über den Umfang ver
teilt angeordnet sind. Die laschenförmigen Teile 9 erstrecken
sich in zur Längsrichtung des Grundkörpers 6 geneigter Rich
tung vom buchsenförmigen Teil 10 weg in den Magnetkörper. Die
laschenförmigen Teile 9 sind ebenfalls im wesentlichen recht
eckig ausgebildet und in den betreffenden Winkellagen orien
tiert. Zwischen den laschenförmigen Teilen 9 weist das
Flanschteil 13 größere sich über den Umfang erstreckende Aus
nehmungen 16 auf, die mit dem kunststoffgebundnen Magnetmate
rial ausgefüllt sind.
Bei den betrachteten Ausführungsbeispielen sind die Grundkör
per 4, 5 bzw. 6 einstückig als Stanz-Biegeteile aus einem
geeigneten Metallwerkstoff hergestellt.
1
Dauermagnet
2
Dauermagnet
3
Dauermagnet
4
Grundkörper
5
Grundkörper
6
Grundkörper
7
laschenförmiges Teil
8
laschenförmiges Teil
9
laschenförmiges Teil
10
buchsenförmiges Teil
11
Flanschteil
12
Flanschteil
13
Flanschteil
14
ringförmiger Bereich
15
Durchbruch
16
Ausnehmung
Claims (10)
1. Hochgefülltes Kunststoffteil (Dauermagnet 1; 2; 3), das an
einem Grundkörper (4; 5; 6) befestigt ist, wobei der
Grundkörper (4; 5; 6) zur Befestigung des Kunststoffteils
mindestens ein laschenförmiges Teil (7; 8; 9) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß das la
schenförmige Teil (7; 8; 9) mit dem hochgefüllten Kunst
stoff bei Herstellung des Kunststoffteils umgeben und im
hochgefüllten Kunststoff so angeordnet ist, daß es
Schrumpfspannungen des hochgefüllten Kunststoffs nach
Herstellung des Kunststoffteils durch Verbiegen zumindest
teilweise aufnimmt.
2. Hochgefülltes Kunststoffteil (Dauermagnet 1; 2; 3) nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kunststoffteil ring- oder scheibenförmig ausge
bildet ist und der Grundkörper (4; 5; 6) ein buchsenförmi
ges Teil (10) zur Befestigung an einer Welle und ein sich
nach außen erstreckendes Flanschteil (11; 12; 13) auf
weist, an dem das laschenförmige Teil (7; 8; 9) so an
geordnet ist, daß es zur Längsrichtung des Grundkörpers
(4; 5; 6) hin geneigt ist.
3. Hochgefülltes Kunststoffteil (Dauermagnet 1; 2; 3) nach
Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß am Flanschteil (11; 12; 13) mehrere über dessen Umfang
verteilte laschenförmige Teile (7; 8; 9) angeordnet sind.
4. Hochgefülltes Kunststoffteil (Dauermagnet 1; 2) nach An
spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das Flanschteil (11; 12) aus einem sich an das buchsenför
mige Teil (10) anschließenden im wesentlichen radial ver
laufenden ringförmigen Bereich (14) besteht, der über den
Umfang verteilte Durchbrüche (15) aufweist, an deren radi
al innen- oder außenliegenden Rändern die laschenförmigen
Teile (7; 8) angeordnet sind, und der hochgefüllte Kunst
stoff (15) ausfüllt.
5. Hochgefülltes Kunststoffteil (3) nach Anspruch 3, da
durch gekennzeichnet, daß das
Flanschteil (13) einen sich an das buchsenförmige Teil
(10) anschließenden im wesentlichen radial verlaufenden
ringförmigen Bereich (14) aufweist, an dem die laschenför
migen Teile (9) über den Umfang verteilt angeordnet sind.
6. Hochgefülltes Kunststoffteil (Dauermagnet 1; 2; 3) nach
Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich
net, daß es an der Stirnseite des ringförmigen Bereichs
(14) des Flanschteils (11; 12; 13) angeordnet ist, an dem
die laschenförmigen Teile (7; 8; 9) zur Längsrichtung des
Grundkörpers (4; 5; 6) hin geneigt vorstehen.
7. Hochgefülltes Kunststoffteil (Dauermagnet 1; 2; 3) nach
einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Grundkörper (4; 5; 6) aus Metall
besteht.
8. Hochgefülltes Kunststoffteil nach einem der Ansprüche 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Grundkörper aus Kunststoff besteht.
9. Hochgefülltes Kunststoffteil nach einem der Ansprüche 1
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er
als kunststoffgefüllter Dauermagnet ausgebildet ist.
10. Hochgefülltes Kunststoffteil nach einem der Ansprüche 1
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er
als kunststoffgebundener Magnet ausgebildet ist.
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